DE7019925U

DE7019925U - Steuervorrichtung fuer kernreaktoren.

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Publication number: DE7019925U
Application number: DE7019925U
Authority: DE
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1969-05-30
Filing date: 1970-05-29
Publication date: 1971-01-28
Also published as: US3773619A; GB1298804A; SE360943B; FR2043831B1; BE751208A; ES380102A1; DE2025991A1; NL7007847A; JPS5111755B1; FR2043831A1

Description

11, Charles II Street, London S. W. 1, England

Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen Patentanmeldung Nr. 27659/69 vom 30. Mai 1969 beansprucht

Steuervorrichtung für Kernreaktoren

Die Neuerung bezieht sich auf die Steuervorrichtungen für Kerrnsaktoren und betrifft insbesondere die Steuerung von Kernreaktoren durch Verändern der Menge neutronensbsorbierenden Materials innerhalb des Kerns des Reaktors.

Neuerungsgemäß setzt sich eine Steuervorrichtung, die als Einheit in den K^rnaufbau eines Kernreaktors eingebracht werden kann, zusammen aus einem Vorratsbehälter und einem Empfänger für ein neutronenabsorbierendes Material, und zwar in einer solchen Anordnung, daß bei in den Kernaufbau des Reaktors eingesetzter Vorrichtung der Empfänger bzw. Enpfangsbehälter in der Brennstoffzone des Kernaufbaus und der Vorratsbehälter oberhalb des Emp.t>.ngsbehälters außerhalb der Brennst off zone des Kernaufbaus sitzt, aus einer Speiseleitung für das neutronenabaorbkrende

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Mat. . >ii, welche den Vorratsbehälter mit dem Empfangsbehälter verblödet, aus einer Strömungsregelvorrichtung, die in einem ersten Zustand den Transport von neutronenabsorbierendem Material * unter Schwerkraft durch die Speiseleitung hindurch vom Vorratsbehälter nach dem Empfangsbehälter verhindert und in einem zwei-:*' ten Zustand diesen Transport des neutronenabsorbierenden Materials vom Vorratsbehälter nacli dem Empfangsbehälter zuläßt, um den

wobei
Reaktor abzuschalten,ydie Einleitung eines Wechsels zwischen dem ersten und zweiten Zustand der Strömungsregelvorrichtung durch Änderung eines ausgewählten Reaktor-Parameters als Folge eines Fehlerkriteriums im Reaktor erfolgt, sowie aus einer Einrichtung, welche das neutronenabsorbierende Material über eine Rückführleitung vom Empfangsbehälter nach dem Vorratsbehälter zurückführt, um den Reaktor in einen Betriebszustand zurückzubringen .

Es kann ein flüssiges Metall als neutronenabsorbierendes Material verwendet werden, und die Strömungsregelvorrichtung kann einen Strömungskoppler aufweisen, der im erregten Zustand die Förderung des neutronenabsorbierenden flüssigen Metalls unter Schwerkraft durch die Speiseleitung hindurch vom Vorratsbehälter nach dem Empfangsbehälter verhindert und im aberregten Zustand die Förderung des neutronenabsorbierenden flüssigen Metalls vom Vorratsbehälter nach dem Empfangsbehälter zuläßt, wobei der Strömungskoppler außerdem im erregten Zustand in der Lage ist, das neutronenabsorbierende flüssige Metall über die Rückführleitung vom Empfangsbehälter nach dem Vorratsbehälter zurückzufordern.

Bei einem flüssigmetallgekühlten Kernreaktor kann der Strömungskoppler durch eine Flüssigmetallströmung erregt werden, welche aus dem Flüssigmetal!kühlmittel abgeleitet wird.

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ί Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nunmehr anhand "··"

der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung beschrieben und ■ zwar zeigt ...'.

ί Fig. 1 einen Aufriß im Längsschnitt durch eine erste

= Aus führungs fο rm_r

h Fig. 2 eine perspektivische Einzeldarstellung eines

I Teils der Vorrichtung nach Fig. 1

i Fig. 3 eine graphische Darstellung, während

-i Fig. 4- einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungs-

*i ' beispiel der Erfindung wiedergibt.

ΐ Fig. 1 der Zeichnung zeigt eine Γ.;-.-Aevorrichtung, die

i bei einem natriumgekühlten Kernreaktor anwendbar ist. Die Vorrichtung sitzt in einem Regel- oder Abschaltkanal 1 des Reaktorkernaufbaus 2, der eine zentrale Brennstoff zone 3 aufweist. Die Vorrichtung weist ein zylindrisches Gehäuse 4 auf, welches durch einen Querkörper 5 in einen unteren Empfangsbehälter 6, der sich in der Brennstoffzone 3 des Kernaufbaus 2 befindet, und einen oberen Vorratsbehälter 7, der oberhalb des I Empfangsbehälters 6 angeordnet ist, unterteilt ist. Eine Speiseöl leitung 8 verbindet den Vorratsbehälter 7 mit dem Empfangsbe-I hälter 6, und eine Rückführleitung 9 verbindet den Empfangsi behälter 6 mit dem Vorratsbehälter 7. Eine Leitung 10 für I Natrium-Reaktorkühlmittel verläuft in Längsrichtung durch das

■· durch

I Gehäuse 4 hindurch und erstrecke sich/den Empfangsbehälter 6

I und den Vorratsbehälter 7 hindurch. Die Leitung 10 und die I Rückführleitung 9 vom Empfangsbehälter 6 nach dem Vorratsbehälter 7 erstrecken sich durch einen Strömungskoppler 11 von nachfolgend zu beschreibender Bauart hindurch.

Die Vorrichtung nach Eig. 1 ist in einem "zurückgezogenen" , ■ Zustand dargestellt, in welchem Liiniummetall 12 im Vorratsbehälter 7 außerhalb der Brennstoffzone 3 des Kernaufbaus 2 gehalten wird.

Im Vorratsbehälter 7 ist eine Siphonkammer 13 um eine Hülle 14 herum angeordnet, aus der LithLummetall in die Siphonkammer und unter entsprechenden Bedingungen in das obere offene Ende der Speiseleitung 8 fließen kann, die einen TJ-Bogen 16 an ihrem unteren Ende innerhalb des Empfangsbehälters 6 aufweist. Der freie Raum oberhalb des Lithiums im Vorratsbehälter 7 und in der Siphonkammer 13 ist mit Argongas gefüllt. Der Druck des Gases im freien Raum innerhalb der Siphonkammer 13 wird durch eine Steuerleitung 17 beherrscht, die einen Schenkel 18 aufweist, welcher sich nach unten vom Empfangsbehälter 6 durch den Strömungskoppler 11 hindurch erstreckt, sowie einen parallelen Schenkel 19, der sich nach unten vom Vorratsbehälter 7 durch den Empfangsbehälter 6 hindurch erstreckt. Die Schenkel 18 und 19 der Steuerleitung 17 sind an ihren unteren Enden durch eine Y-Verbindung 20 verbunden. Wenn das Liihiummetall 12 den Vorratsbehälter 7 belegt, dann ist der U-Bogen 16 der Speiseleitung mit Lithiuminetall gefüllt. Der Schenkel 19 der Steuerleitung ist vollständig mit Lithiummetall gefüllt, während der Schenkel 18 der Steuerleitung 17 mit LitJuummetall bis zu dem Pegel am oberen Ende des Strömungskopplers 11 gefüllt ist.

Der Strömungskoppler 11 ist von dem allgemeinen Typ, wie er in der britischen Patentschrift 745 460 offenbart ist.

Ein Strömungskoppler 11 ist eine elektromagnetische Flüssigmetallpumpe mit mindestens einem Paar von parallelen Leitungen für flüssiges Metall. Ein Magnetfeld wird quer über die Leitungen hinweg angelegt, derart, daß durch Pumpen von flüssigem Metall durch eine der Leitungen hindurch eine EMK und somit ein Strom is flüssigen. Metall, welches durch die

Leitung gepumpt wird, erzeugt wird. Die EMK treibt einen Strom · durch das flüssige Metall in der zweiten Leitung hindurch,und ent-

¹ sehen Prinzip

sprechend dem Faraday/wird eine elektromagnetische Pumpwirkung auf das flüssige Metall in der zweiten Leitung ausgeübt. Wie in '^ Fig. 2 dargestellt, ist der Strömungskoppler 11 vom Parallelkanaltyp und veist ein rechteckiges Gehäuse 21 auf, welches durch Trennwände 22 in Leitungen 23, 24, 25 und 26 unterteilt ist. Ein Magnetfeld wird durch einen Permanentmagneten aufgebaut, der

ver

quer über die Leitungen 23, 24, 25 und 26/Läuft. Nach der Anordnung nach Fig. 1 verläuft die Leitung 10 für Flüssignatrium-Reaktorkühlmittel durch die Leitung 23 des Strömungskopplers 11 hindurch, die Rückführleitung 9 vom Empfangsbehälter 6 nach dem Vorratsbehälter 7 verläuft durch die Leitung 25 hindurch, und der Schenkel 18 der Steuerleitung 17 verläuft durch die Leitung 26 hindurch. Wenn Natrium-Reaktorkühlmittel aufwärts durch die Leitung 10, wie in Fig. 1 dargestellt, strömt, so wird eine Abwärts-Pumpwirkung durch den Strömungskoppler 11 auf das Lithium in der Rückführleitung 9 und dem Schenkel 18 der Steuerleitung 17 ausgeübt. Der Strömungskoppler 11 kann eine Schaltleitung 29 aufweisen, welche durch die Leitung 24 hindurch verläuft. Die Schaltleitung 29 ist eine geschlossene Schleife, wobei Natrium im unteren U der Schleife enthalten ist. Die Wirkung

daß,

dieser Schaltleitung 29 besteht darin,/wenn die Reaktor-Kühlnatriumströmung durch die Leitung 10 hindurch allmählich erhöht wird, anfänglich keine Pumpwirkung auf das Litium in der Rückführleitung 9 und dem Schenkel 18 der Steuerleitung 17 vorhanden ist. Zunächst wird, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Reaktor-Kühlnatriums durch die Leitung 10 hindurch erhöht wird, das ruhende Natrium- im unteren U der Schaltleitung 29 in die Leitung 24 des Strömungskopplers 11 hochgezogen. Bei einem Grenzwert der Reaktor-Kühlnatrium-Strömungsgeschwindigkeit durch die Leitung 10 hindurch wird schnell eine maximale Pumpwirkung auf das Lxiüum in der Rückführ "leitung 9 und dem Schenkel 18 der Steuerleitung 17 erreicht. Dies ist in Fig. 3 dargestellt, nach welcher der Grenzwert-Pumpeffekt bei ^iner Natrium-Strömungsge-

schwindigkeit von etwa 25 % der vollen Reaktor-Natriumkühlmittel-.'

auftritt.

Ein einstellbarer Knebel 30 sitzt am oberen Ende der Leitung 10. Die Einstellung des Knebels 30 erfolgt mittels einer Stange 31, die sich über Durchgänge im Reaktordach erstreckt. Außerdem ist eine Strömungs-Abschaltplatte 32 über dem Natriumauslaß 33 aus dem Knebel 30 angebracht. Die Platte 32 wird durch einen Magneten hochgehalten, welcher aberregt werden kann, um die Platte 32 auf den Natriumauslaß 33 fallenzulassen.

Bei einem Strömungskoppler 11 mit einem Grenzwert-Pumpeffekt bei 25 % der vollen Reaktor-Natriumkühlmittel-Strömungsgeschwindigkeit wird der Knebel 30 so eingestellt, daß die Natrium-Strömungsgeschwindigkeit durch die Leitung 10 hindurch 30 % der Reaktor-Natriumkühlmittel-Strömungsgeschwindigkeit entspricht. In diesem Zustand erzeugt der Strömungskoppler 11 einen nach unten wirkenden Druck in dem Lithium innerhalb des Schenkels 18 der Steuerleitung 17 (da der Schenkel 18 durch den Strömungskoppler 11 hindurch verläuft). Dieser Druck wirkt über den Schenkel 19 der Steuerleitung 17, um einen ausreichenden Gasdruck oberhalb des Lithiums in der Siphonkammer 13 aufrechtzuerhalten und den Lithiumpegel in der Siphonkammer 13

daran zu

hindern, bis zum offenen oberen Ende 15 der Speiseleitung 8 trotz des Pegels des Lithiums im Vorratsbehälter 7 und des Druckes des Gases oberhalb der Oberfläche des Lithiums im Vorratsbehälter 7 anzusteigen. Der Strömungskoppler 11 bringt außerdem einen nach unten wirkenden Druck in dem Lithium in der Rückführleitung 9 vom Empfangsbehälter 6 nach dem Vorratsbehälter 7 zur Einwirkung. Der Strömungskoppler 11 erzeugt eine ausreichende Saugwirkung, um zu verhindern, daß Lithium aus dem Vorratsbehälter 7 in den Empfangsbehälter 6 über die Rückführleitung 9 abgegeben wird.

Für den Fall, daß die Reoktor-Kühlnatriumströmung durch »_t die Leitung 10 hindurch unter den Grenzwert von 'd$ % der vollen Reaktor-Kühlmittelströmungsgeschwindigkeit abfällt, fällt der Druck, der durch den Strömungskoppler 11 in dem Lithium inner- '.' halb der Steuerleitung 17 induziert wird, ab. Als Folge des Druckverlustes im Schenkel 19 der Schaltleitung 17 fällt der Gasdruck oberhalb der Oberfläche des Lithiums in der Siphonkammer 13 ab, so daß die Lithiumsäule im Vorratsbehälter 7 ausreicht, um das Lithium in der Siphonkammer aufwärts zu treiben, um einen Lithium-Überlauf durch das obere offene Ende 15 der Speiseleitung 8 und somit in den Empfangsbehälter 6 zu verursachen. Diese Strömung von Lithium aus dem Vorratsbehälter 7 in den Empfangsbehälter 6 dauert an, bis der Vorratsbehälter bi-i unter die Höhe des Mantels 14- der Siphonkammer 13 von Lithium geleert ist, selbst wenn die Reaktor-Kühlnatriumströmung durch die Leitung 10 hindurch auf ihren normalen Wert von 30 % der vollen Reaktor-Kühlmittc-lströmungsgeschwindigkeit während der Lithium-Injektionsperiode zurückgebracht wird. Ein Druckverlust tritt aucL in der Rückführleitung 9 vom Empfangsbehälter 6 nach dem Vorratsbehälter 7 auf» Somit fließt etwas Lithium vom Vorratsbehälter 7 in den Empfangsbehälter 6 über die Rückführleitung 9? und es erfolgt außerdem eine gewisse Lithiumströmung vom Vorratsbehälter 7 in den Empfangsbehälter 6 über die Steuerleitung 17. Die Rückführleitung 9 und die Steuerleitung 17 haben jedoch einen kleinen Bohrungsquerschnitt im Vergleich zur Speiseleitung 8, so daß der größte Teil des Lithiums durch die Speiseleitung 8 hindurchfließen wird. Bei Beendigung der Lithiumförderung aus dem Vorratsbehälter 7 in den Empfangsbehälter 6 werden der freie Raum oberhalb des Lithiums im Empfangsbehälter 6 und der freie Raum im Vorratsbehälter 7 mit Argongas gefüllt, dessen Druck in den freien Räumen durch eine Lüftungsleitung 32 ausgeglichen wird, welche sich zwischen dem Empfangsbehälter 6 und d^m Vorratsbehälter erstreckt. Da der untere ü-Bogen 16 der Speiseleitung 8 mit Lithium gefüllt bleibt, so bleibt auch die Steuerleilruiig 17 mit Lithium gefüllt.

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Wenn Reaktor-Kühlnatriumströmung durch die Leitung ί hindurch, nachfolgend auf ihren normalen Wert von 30 % der vollen Reaktor-Kühlmittelströmung zurückgeführt wird, dann pumpt der Strömungskoppler 11 Lithium mit einer geringen Geschwindigkeit aus dem Empfangsbehälter 6 über die Rückführleitung 9 in den Vorratsbehälter 7· Außerdem stellt der Strömungskoppler 11 einen Druck in dem Lithium in der Steuerleitung 17 wieder her. In dem Mp.ße, wie sich der Vorratsbehälter 7 füllt, wird Gas in der Siphonkammer 13 eingefangen und so unter Druck gesetzt, daß es zu den endgültigen Pegeldifferenzen nach Fig. 1 führt, d.h. daß Lithium wieder im Vorratsbehälter 7 gehalten wird. Hinsichtlich der Differenzen der Bohrungsdurchmesser zwischen der Rückführleitung 9 und der Speiseleitung 8 kann Lithium nicht aus dem Empfangsbehälter 6 mit einer größeren Geschwindigkeit als derjenigen abgezogen v/erden, mit welcher es in den Empfangsbehälter 6 über die Speiseleitung 8 einfließen kann, was eine Sicherheitsmaßnahme darstellt.

Es ergibt sich, daß die Steuervorrichtung nach Fig. 1 dann in Tätigkeit tritt, um den Reaktor abzuschalten, wenn die Reaktor-Kühlmittelströmungsgeschwindigkeit auf einen solchen Pegel absinkt, daß die Reaktor-Kühlnatrium-Strömungsgeschwindigkeit durch die Leitung 10 hindurch unter den Pegel für die Grenzwerterregung des Strömungskopplers 11 abfällt. Außerdem kann die Vorrichtung zum Stoppen oder Sperren der Strömung des Reaktor-Kühlnatriums durch die Leitung 10 dadurch veranlaßt werden, daß die Strcmungs-Abschaltplatte 32 herabgelassen wird. Die Platte 32 wird durch Aberregen ihres Haltemagneten herabgelassen, wobei der Magnet in Ansprecherwiderung auf einen entsprechenden Meßvertwandler aberregt wird, der auf eine Änderung irgendeines anderen Reaktor-Parameters anspricht, der zu einer Notwendigkeit dos Reaktor-Abschaltens führen könnte — in typischer Weise- hohe Brennstoff-

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temperatur, hohe Flußdichte oder ein Signal, welches den Bruch einer Brennstoffhülle anzeigt«

Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform von Steuervorrichtung, die ebenfalls bei einem natriumgekühlten Kernreaktor anwendbar ist. Wiederum ist die Vorrichtung in einem Regeloder Abschaltkanal 1 des Eeaktor-Kernaufbaus 2 untergebracht, der eine zentrale Brennstoffzone 3 aufweist.

Die Vorrichtung v/eist ein zylindrisches Gehäuse 40 auf, welches durch eine Querwand 41 in einen unteren Empfangsbehälter 42, der im aktiven Bereich 3 des Kernaufbaus 2 sitzt, und in einen oberen Vorratsbehälter 43 unterteilt ist, welcher sich über dem Empfangsbehälter 42 befindet. Eine Abgabeleitung 44 mit einem U-Bogen 45 am unteren Ende führt vom Boden des Vorratsbehälters 43 nach dem Boden des unteren Empfangsbehälters 42. Eine Rückführ- und Steuerleitung 46 führt vom unteren Ende des Empfangsbehälters 42 nach dem unteren Ende des Vorratsbehälters 43. Die Leitung 46 endet in einem Becher 47 an ihrem oberen Ende innerhalb des Vorratsbehälters 43. Eine Leitung für Natrium-Reaktorkühlmittel verläuft in Längsrichtung durch das Gehäuse 40 hindurch, wobei sie sich durch den Empfangsbehälter 42 und den Vorratsbehälter 43 erstreckt. Die Leitung 46 und die Leitung 46 vom Empfangsbehälter 42 nach dem Vorratsbehälter 43 erstrecken sich durch einen Strömungskoppler 49 von ähnlichem Typ wie dem in Fig. 2 dargestellten hindurch. Eine Gasstau- bzw. -sperrglocke 50 sitzt im Vorratsbehälter über dem Becher 47 am oberen Ende der Leitung 46 und dem oberen Ende der Abgabeleitung 44 im Vorratsbehälter 43. Ein Gasstau-Unterbrecherrohr 51 erstreckt sich vertikal vom Becher 47 am oberen Ende der Leitung 46 durch die Gasstauglocke 50 hindurch bis zum oberen Ende des Vorratsbehälters 43. Das obere Ende des Vorratsbehälters 43 ist mit dem oberen Ende des Empfangsbehälters 42 über eine Lüftungsleitung 52 verbunden. Ähnlich der Steuervorrichtung nach Fig_n 1 ist ein einstellbarer Knebel

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53 " ^bbren Ende der Leitung 48 angebracht, und außerdem ist eine magnetisch gehaltene Strömungsabschaltplatte 54- über dem ITatriumauslaß 55 des Knebels 53 vorgesehen.

Normalerweise wird im "zurückgezogenen" Zustand der Vor- · richtung nach Fig. 4 Lithiummetall im oberen Vorratsbehälter gehalten, und zum Abschf? .ten des Reaktors wird dem Lithium die Möglichkeit gegeben, infolge Schwerkraft vom oberen Vorratsbehälter 43 in den unteren Empfangsbehälter 42 in der Brennstoffzone 3 des Reaktor-Kernaufbaus 2 zu fließen.

Der detaillierte Betrieb der Vorrichtung wird am besten so beschrieben, daß man bei dem Zustand anfängt, in welchem die Vorrichtung "eingesetzt" ist, d.h. bei im Empfangsbehälter 42 befindlichem Lithium„

Es soll davon ausgegangen werden, daß der Knebel 53 so eingestellt ist, daß er eine Natriumströmung durch die Leitung 48 von 25 % der vollen Reaktor-Kühlmittelströmungsgeschwindigkeit vorsieht und daß der Strömungskoppler 49 von Jenem Typ ist, der mit einer Schaltleitung 50 versehen ist, um bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 20 % der vollen Strömung aktiviert zu werden und den maximalen Pump-Wirkungsgrad bei 25 % der vollen Strömung erreicht.

Beim Ansteigen der Reaktor-Kühlmittelströmung, derart, daß sie 20 % der Strömung in der Leitung 48 ergibt, beginnt das Lithium, vom unteren Empfangsbehälter 42 in den oberen Vorratsbehälter 43 über die Leitung 46 ge^pumpt zu werden. Bei einer Reaktor-Kühlmittelströmung, die etvra 25 % der Strömung durch die Leitung 48 entspricht, wird der naximale Pump-Wirkungsgrad des Strömungskopplers 49 erreicht, wobei der Strömungskoppler 49 beispielsweise eine 2-m-Säule Lithium bei dieser Strömungsgeschwindigkeit erzeugt. Im typischen Falle dauert es 10 Minuten, um das Lithium vom unteren Empfangsbehälter 42 nach dem oberen

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I Vorratsbehälter 43 unter diesen Bedingungen zu fördern, und

I dies stellt eine geringe Rate von Reaktivitäts-Abzug sicher.

Während der obere Verratsbehälter 43 mit Lithium gefüllt wird,

ί wird Argon-Deckgas über die Lüftungsleitung 52 nach dem unteren ;

r Empfangsbehälter 42 verlagert. Da das Lithium nach dem oberen

Vorratsbehälter 43 durch Überlauf aus dem Becher 4-9 unter der

j Gasstauglocke 50 geliefert wird, wird etwas Deckgas unter der

I Glocke 50 eingefangen. Ein Il-fönniger Rest von Lithium, der

I stets im U-Bogen 45 am unteren Ende der Abgabeleitung 44 vor-

I handen ist, verhindert, daß Gas in den unteren Empfangsbehälter

I über diesen Weg entkommt. Das Gasstau-Unterbrecherrohr 51 taucht

£ in den Becher 47 am oberen Ende der Leitung 46 ein. Der Trans-

I port von Lithium hört auf, wenn der LitLiuiapegel im rechten

ρ Schenkel der Leitung 46 unter das obero Ende des Strömungkopplers

I 49 gelangt. Wenn dies geschieht, laut der Wirkungsgrad des Strö-

§ mungskopplers 49 nach, um eine annähernd konstante Liefersäule

f aufrechtzuerhalten, wenn die Natriumströmung durch die Leitung

jf 48 hindurch auf über 25 % der vollen Reaktor-Kühlmittel strömung

h ansteigt.

.; Bei diesem Kriterium befindet sich die Steuervorrichtung

p im "zurückgezogenen" Zustand, wobei das Lithium im oberen Vor-

[? ratsbehälter 42 unterhalb des oberen Endes des Gasstau-Unter-

I brecherrohres 51 und der Lüftungs leitung 52 steht. Innerhalb

der Gasstauglocke 50 liegt der Lithiumspiegel unter dem Eintritt zur Abgabeleitung 44, und innerhalb des U-Bogens 45 am ν unteren Ende der Abgabeleitung 44 wird das Lithium auf der Ein-I laßseite herabgedrückt, wie in Fig. 4 dargestellt. Der Becher ? ist mit Lithium gefüllt, ebenso des Gasstau-Unterbrecherrohr 51· I Es sei nunmehr angenommen, daß der Lieferdruck des Strömungs-I kopplers 49, der auf das Lithium in der Leitung 46 einwirkt, £ um einen kleinen Betrag, beispielsweise einen cm, gleich dem I Betrag, um welchen das Gasstau-Unterbrecherrohr 51 in den Becher

ψ, eintaucht, abfällt. (Der Lieferdruck des Stromungskopplers 49

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fällt beispielsweise infolge eines Abfalls der Natrium-Strömungs-¹ geschwindigkeit durch die Leitung 48 hindurch als Folge eines , Abfalls der Reaktor-Kühlmittelströmungsgeschwindigkeit ab). Das Ende des Gasstau-Unterbrecherrohres 51 wird von der Lithiumoberfläche im Becher 47 getrennt, und das Lithium im Gasstau- _t '] Unterbrecherrohr wird teilweise in den Becher 47 ausgestoßen und*.... dann durch den überschüssigen Gasdruck in der Gasstauglocke 50 in den Hnuptkörper des Lithiums im oberen Vorratsbehälter 43 herausgeblasen, und der Gasdruck unter der Gasstauglocke fällt ab. Dr>s Lithium im oberen Vorratsbehälter 43 wird dann hydrostatisch unstnbil, und es steigt in der Gasstauglocke 50 an, ( läuft in die Abgabeleitung 44 über und von dort in den unteren Empfangsbehälter 42, bis die untere Kante der Gasstauglocke 50 sich oberhalb der freien Lithiumfläche im oberen Vorratsbehälter 43 befindet.

Die Steuervorrichtung nach Fig. 4 kann auch zum "Einsatz" dadurch gebracht werden, daß die Strömungsabschaltplatte 5^ herabgelassen wird, um die Natriumströmung durch die Leitung hindurch zu verhindern oder abzuschalten. In diesem Falle wird auch die Strömungsabschaltplatte 54 durch Aberregen ihres Haltemagneten in Ansprecherwiderung auf eine Änderung in einem Reaktor-Parameter, die sich aus einem entstandenen Fehlerzustand ergibt, herabgelassen.

Bei den Steuervorrichtungen nach den Fign. 1 und 4 werden die Strömungskoppler durch die Strömung von Natrium mit Energie versorgt, welche aus der Haupt-Reaktorkühlmittelströmung abgezogen wird. (Somit wird in dem besonderen Fall das Versagen dei Zühlmittelströmung als die Poramcteränderung verwendet, was den "Einsatz" der Vorrichtungen zum Abschalten des Reaktors hervorbringt). Bei einec; durch eine nichtmetallische Flüssigkeit oder durch Gas oder Danpf gekühlten Reaktor können die Strömungskoppler durch einen separaten Flüssignct^llkreislnuf mit Energie versorgt werden, und die Strömung des H-^vtorkühlmittels kann eine Turbine

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antreiben, die nit einer Flüssigmetallpumpe im separaten Kreis-',. lauf gekuppelt ist. Auf diese Weise ist die Kühlmittelströmung ;": unmittelbar in Beziehung zur unabhängigen Flüssigmetanströmung · gebracht, wobei Änderungen der Kühlmittelströmung entsprechende"" Änderungen in der unabhängigen Flüssigiaetallströmung erzeugen. ·/"

Die Steuervorrichtungen der Fign. 1 und 2 können auch zum "Einsatz" gebracht werden, wenn eine Überhitzung des Reaktorkühlraittel-Natrrums auftritt. Wenn die Magnete der Stromungskoppler aus einen Material gewählt werden, welches seine magnetische Eigenschaft verliert, wenn sein Curie—Temperatur überschritten wird, dann würde beim Überschreiten dieser Temperatur (im typischen Falle dann, wenn die Gamma-Erwärmung aus dem Reaktor-Kernnufbau die durch die Strömung des Natriumkühlmittels erzeugte Kühlung überschreitet) die magnetische Eigenschaft verschwindet, und die Kopplungswirkung der Stromungskoppler würde verloren gehen.

Die S-feiervorrichtungen der oben beschriebenen Ausführungsbeispielc haben den Vorteil, daß sie als eine Einheit in einen bestehenden Rcgclstabkanal eines Kernreaktors eingebracht werden können, wobei die Vorrichtungen auch aus dem Kanal zur Wartung als eine Einheit herausgenommen werden können.

Die Neuerung betrifft auch Abänderungen der im beiliegenden Schutzanspruch 1 unrissenen Ausführungsform und bezieht sich vor allem auch auf sämtliche Neuerungsmerkmale, die im einzelnen — oder in Kombination — in der gesamten Beschreibung und Zeichnung offenbart sind.

Schutznnsprüche

Claims

- 14- 70 C" cu/A 25. 5. Ι97Ο Schut ζ ansprüche >·'

1. Steuervorrichtung, welche als eine Einheit in den Kern—·₍ aufbau eines Kernreaktors einbringbar ist, dadurch gekennzeich_T··· net, daß sie sich zusammensetzt aus einem Vorratsbehälter (73'" und einem Empfangsbehäü t^r (6) für ein neutronenabsorbierendes Material, wobei die Anor-_nang so getroffen ist, daß bei im Kernaufbau (2) des Reaktors befindlicher Vorrichtung der Empfangsbehälter (6) sich in der Brennstoffzone (3) des Kernaufbaus (2) befindet und der Vorratsbehälter (7) oberhalb des Empfangsbehälters (6) außerhalb der Brennstoffzone (3) des Kernaufbaus (2) angeordnet ist, aus einer Speiseleitung (8) für das neutrönenabsorbierende Material, welche den Vorratsbehälter mit dem Empfangsbehälter verbindet, aus einer Strömungsregeleinrichtung (11), die in einem ersten Zustand die Srderung des neutronenabsorbierenden Materials unter Schwerkraft durch die Speiseleitung (8) vom Vorratsbehälter (7) nach dem Empfangsbehälter (6) verhindert und in einem zweiten Zustand diese Förderung des neutronenabsorbierenden Materials vom Vorratsbehälter nach dem Empfangsbehälter zuläßt, um den Reaktor abzuschalten, wobei die Einleitung eines Wechsels zwischen dem ersten und zweiten Zustand der Strömungsregeleinrichtung (11) durch eine Änderung eines ausgewählten Reaktor-Parameters als Folge eines Fehlerzustandes, der im Reaktor auftritt, erfolgt, sowie aus einer Einrichtung zum Rückführen des neutronenabsorbiorenden Materials durch eine Rückfühfdlurt, (9) hindurch vom Eapfangsbehälter (6) nach dem Vorratsbehälter (7), um den Reaktor in einen Betriebszustand zurückzubringen.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher ein flüssiges Metall als neutronenabsorbierendes Material verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungs-Regeleinrichtung

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einen Ströinungskoppler (11) aufweist, der beim einen Erregungs- .**** pegel die Forderung des neutronenabsorbierenden flüssigen Me- _#···· tallp (12) unter Schwerkraft durch die Speiseleitung (5) hin- "··" durch vom Vorratsbehälter (7) nach dem Empfangsbehälter (6) „*. verhindert und bei eimern reduzierten Erregungspegel die For- ^,.I derung des neutronenabsorbierenden flüssigen Metalls (12) aus '··»· dem Vorratsbehälter (7) in den Empfangsbehälter (6) zuläßt, wobei der Strömungskoppler (11) außerdem so angeordnet und eingerichtet ist, daß er beim erstgenannten Erregungspegel das neutronenabsorbierende flüssige Metall (12) über die Rückführleitung (9) vom Empfangsbehälter (6) nach dem Vorratsbehälter ( 7 ) zurückführt.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, welche als eine Einheit in den Kernaufbau eines mit flüssi^/t Metall gekühlten Kernreaktors einbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskoppler (11) durch eine Strömung von flüssigem Metall erregbar ist, welche aus der Strömung des Flüssigmetall-Reaktorküh]mittels abgeleitet wird.

4. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseleitung (8) für das neutronenabsorbierende flüssige Metall (12) einen Gasstau bzw. eine Gasschleuse enthält, daß der Strömungskoppler (11) seinem ersten Erregungspegel einen Druck in einem Anteil des neutronenabsorbierenden flüssigen Metalls (12), welches in einer Steuerleitung (17) fließt, die mit dem Gasstau (.13,15) verbunden ist, zur Einwirkung bringt, derart, daß ein Gasdruck im Gasstau aufrechterhalten wird, wodurch die Förderung des neutronenabsorbierenden flüssigen Metalls (12) aus dem Vorratsbehälter (7) in den Empfangsbehälter (6) über die Speiseleitung (8) verhindert wird, und daß der Druck in neutronenabsorbierenden flüssigen Metall in der Steuerleitung (17) beim Wechsel des Strömungskopplors (11) aus seinem ersten Erregungspegel nach seinem reduzierten Erregungspegel nachgelassen wird, wodurch der Gasdruck im Gasstou nachgelassen wird, derart, daß eine Forderung des neutronene.bsorbierenden flüssigen Metalls

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aus den Vorratsbeliälter (7) in den Empfangsbehälter (6) über die Speiseleitung (8) zugelassen wird.

5. Steuervorrichtung, die als eine Einheit in den Kernauf-_φ>> bau eines mit flüssigen Metnil gekühlten Kornreaktors einbring- „^* bar ist. gekennzeichnet durch einen Vorratsb ehält er (7) und *..., einen Empfangsbehälter (6) für ein neutronenabsorbierendes flüssiges Metoll (12), wobei die Anordnung so getroffen ist, dnß bei im Kernaufbau (2) des Reaktors befindlicher Vorrichtung der Enpfangsbehälter (6) in der Brennstoffzone (3) des Kernaufbaus (2) sitzt und der Vorratsbehälter (7) oberhalb des Empfangsbehälters (6) außerhalb der Brennstoffzone (3) des Kernaufbaus (2) angeordnet ist, durch eine Speiseleitung (8), welche vom Vorratsbehälter (7) nach dem Enpfangsbehälter (6) verläuft, wobei die Speiseleitung (8) einen Einlaßschenkel aufweist, der eich nach unten von Vorratsbehälter (7) erstreckt und über einen U-Bogen (16) mit einem sich nach oben erstreckenden Auslnßschenkcl verbunden ist, durch eine Siphonglocke (13) über dem Ende (15) des Einlaßschenkels der Speiseleitung (8) im Vorratsbehälter (7), durch eine Energie- bzw. Versorgungsleitung (10) für Elüssigmetall-Rcaktorkühlmittel, welche über einen Strönungskoppler (11) hindurch verläuft, der unterhalt des Empfangsbehälters (6) angeordnet ist, durch eine Rückführleitung (9) für neutronenabsorbierendes flüssiges Metall, welche von Empfangsbehälter (6) durch den Strönungskoppler (11) hindurch nach dein Vorratsbehälter (7) verläuft, durch eine Steuerleitung (17) ait einen Schenkel (18), welcher durch den Strömungskoppler (11) hindurch verläuft und mit einem Schenkel (19) verbunden ist, der nach dem Einlaßschenkel der Speiseleitung (8) führt, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß im "zurückgezogenen" Zustand der Steuervorrichtung neutronenabsorbierendes flüssiges Metall im Vorratsbehälter (7), im U-Bogen (16) der Speiseleitung (8), in der Rückführleitung (9) vom Enpfangsbchältcr (6) nach den Vorratsbehälter (7) und in der Steuerleitung (17) enthalten ist, wobei Gr⁵S unter Druck in der Siphonglocke (13) und im Einlaßschenkel der Speiseleitung (8) oberhalb des Pegels von neutronenabsorbierenden Metall, welches im U-Eogen (16) der Speiseleitung

(8) enthalten ist, eingefangen wird, wodurch, wenn der Strömung^··· koppler (11) durch Strömung von Flüssigniet al 1-Reaktorkühlmitt el, '.'.'. welches durch die Versorgungsleitung (10) des Strömungskopplcrs "··*

(11) hindurch strömt, erregt ist, der Strömungskoppler (11) einen Druck im noutronenabsorbicrendcn flüssigen Metall in der _#g% Steuerlcitung (17) und in U-Bogen (16) der Speiseleitung (8) ·... zur Einwirkung bringt, um den Druck des in der Siphonglocke (13) eingefnngcncn G-?ses rufrechtzuerhalten und die Förderung von neutronennbsorbierendem flüssigen Metall durch die Speiseleitung (8) hindurch aus dem Vorratsbehälter (7) in den Empfangsbehälter (6) zu verhindern, und wodurch, wenn der Strömungskoppler (11) sich in. einem reduzierten Erregungszustand infolge der Reduktion der Strömungsgeschwindigkeit des Flüssigmetall-Reaktorkühlraittels durch die Versorgungsleitung (10) des Strömungskcpplers (11) befindet, die Reduktion des in dem neutronenabsorbierenden flüssigen Metall in der Steuerleitung (17) zur Einwirkung gebrachten Druckes zu einer Reduzierung des Druckes des unter der Siphonglocke (13) eingefangenen Gases führt, die ausreicht, uni den Ausstoß bzw. die Abgabe des neutronenabsorbierenden flüsrigen Metalls aus dem Vorratsbehälter (7) unter der Siphonglocke (13) und durch die Speiseleitung (8) in den Empfangsbehälter (6) zuzulassen.

6. Steuervorrichtung, welche als eine Einheit in den Kernaufbau eines mit flüssigem Metall gekühlten Kernreaktors einbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie sich zusammensetzt aus einem Vorretsbehälter (4-3) und einem Empfangsbehälter (42) für ein neutronenabsorbierendes flüssiges Metall, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß bei im Kernaufbau (2) des Reaktors befindlicher Vorrichtung der Empfangsbehälter (42) sich in der Brennstoffzone (3) des Kernaufbaus (2) befindet und der Vorratsbehälter (43) oberhalb des Empfangsbehälters (42) außerhalb der Brennstoff zone (3) des Kernaufbaus (2) angeordnet ist,, aus einer Abgabeleitung (44), welche vom Vorratsbehälter (43) nach dem Empfangsbeh^lter (42) verläuft, wobei die Abgabeleitung (44) einen Schenkel aufweist, der sich nach unten vom unteren Ende

des Vorratsbehälters (43) erstreckt und über einen U-Bogen (45) ' mit einem Schenkel verbunden ist, der sich nach oben zum unteren' Ende des Empfangsbehälters (42) erstreckt, aus einer Versorgungs·* leitung (48) für Flüssigmetall-Reaktorkühlmittel, welche durch *' einen Strönungskoppler (49) hindurch verläuft, der unterhalb des Empfr.ngsbehälters (42) angeordnet ist, aus einer Rückführ- und Stcuer.leitung (46), v/elche durch den Strömungskoppler (49) hindurch vom unteren Ende des Empfangsbehälters (42) nach dem unteren Ende des Vorretsbehälters (43) vorläuft, aus einer Gasstauglocko (50) über dem Ende der Abgabeleitung (44) und dem Ende der Rückführ- und Steuerleitung (46) im Vorratsbehälter (43), aus einem Gasstau-Unterbrechcrrohr (51), welches sich vom unteren zum oberen Ende des Vorratsbehälters (43) erstreckt, wobei, das untere Ende des Gasstau-Unterbrechcrrohres (51) beim Durchgang durch die Gosstauglocke (50) abgedichtet ist und in das Ende der Rückführ- und Stcuerleitung (46) im Vorratsbehälter (43) unterhalb der Gasetaunlocke (50)hineinragt, wobei die Anordnung so getroffer, ist, daß bei im "zurückgezogenen" Zustand befindlicher Steuervorrichtung neutronenabsorbierendes flüssiges Metall im Vorratsbehälter (43),in U-Bogen (45) der Abgabeleitung (44), im Gasstauunterbrecherrohr (51) und in der Rückführ- und Steuerleitung (46) vom Strömungskoppler (49) nach dem Vorratsbehälter (43) eich befindet, wobei Gas unter Druck in der Gasstauglocke (50) und in der Abgabeleitung (44)oberhalb des Pegels des neutronenabsorbierenden flüssigen Mc-talls, welches sich im U-Bogen (45) der Abgabcle" tung (44) befindet,/wodurch', wenn der Strömungskoppler (49) durch die Strömung von Flüssigmetall-Reaktorkühlmittel erregt ist, welches durch die Versorgungsleitung (48) des Strömungskopplers (49) fließt, der Strömungskoppler (49) eine Säule von neutronenabsorbierendem flüssigen Metall in der Rückführ- und Steuerleitung (46) solcher Art aufrechterhält, daß das untere Ende des Gasstau-Unterbrecherrohres (51) unterhalb des Pegels von neutronenabsorbierendc-m flüssigen Metall in das obere. Ende der Rückführ- und Steuerlcitung (46) im Vorratsbehälter (43) eintaucht, so daß ein Gasdruck in der Gasstauglocke (50) aufrechterhalten wird, um die Förderung des neutronenabsorbierenden flüssigen Metalls durch ^?" ° Abgabeleitung (44) hindurch

vom Vorratsbehälter (43) in den Empfangsbehälter (42) verhindert wird, und wodurch bei Reduzierung des Errcgungszufitandes ' des Strömungskopplers (49) infolge einer Reduzierung der Strö- ! mungsgeschwindigkoit des Flüssiranetall-Rcak-torkühlnittels durch die Versorgungsleitung (48) des Strömungskopplers (49) hindurch'"·, der Pegel von neutroncnabsorbiorendem flüssigen Metall in der Rückführ- und Stouerleitung (46) abfällt, um das untere Ende des Gasstau-Unterbrccherrohrcs (51) freizugeben, so da.3 der Gasdruck in der Gasstauglocke (50) über das Gasstau-Unterbrecherrohr (51) entlüftet wird, derart, daß die Förderung von neutronenabsorbierendem flüssigen Metall aus dem Vorratsbehälter (43) in den Empfangsbehälter (42) über die Abgabeleitung(44) zugelassen wird.

7· Mit flüssigem Metall gekühlter Kernreaktor, der mit einer Steuervorrichtung nach Anspruch 5 oder 6 versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß Ventileinrichtungen (30, 33; 53, 55) zur Reduzierung der Strömung des Flüssigmetall-Reaktorkühlmittels durch die Versorgungsleitung (10; 48) des Strömungskopplers (11; 49) vorgesehen sind, um die Forderung des neutronenabsorbierenden flüssigen .Metalls aus dem Vorratsbehälter (7; 43) in den Enipf angeln behälter (6,* 42) einzuleiten, und daß eine Steuereinrichtung (32; 54) zum Abschalten der Venti!einrichtung (30, 33-; 53, 55) manuell betätigbar ist oder in Ansprecherwiderung auf eine Änderung eines Betriebsparameters des Reaktors als Folge eines Fehlerzustandes, der während des Betriebs des Reaktors auftritt, betätigbar ist.

8. Mit flüssigem Metall gekühlter Kernreaktor, der mit einer Steuervorrichtung nach Anspruch 5 oder 6 versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drosseleinrichtung in der Versorgungsleitung für den Strömungskoppler vorgesehen ist, derart, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Flüssigmetall-Reaktorkühlmittels durch die Versorgungsleitung des Strömungskopplers hindurch'auf einen reduzierten Pc£->1 einstellbar ist,

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der für einen maximalen Betri ecs -V/irkungsgrad des Strömungs- ! kopplers ausreicht.

9· Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 3, 4, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das neutronenabsorberende flüssige Metall Lithium ist.

10. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 3, 4-, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Strömungskoppler (11; 4-9) ein Magnetkreis zugeordnet ist, der ein Material enthält, welches seine magnetischen Eigenschaften dann verliert, wenn es über seinen Curie-Punkt hinaus erwärmt' wird, derart, daß eine Betätigung dor Vorrichtung zum Fördern des neutronenabsorbierenden flüssigen Metalls vom Vorratsbehälter nach dem Empfangsbehälter bei Überhitzung der Vorrichtung infolge Fehlfunktion des Reaktors erfolgt.